輸電線路建設(shè)中的機(jī)械化施工技術(shù)與工程效率提升分析

【關(guān)鍵詞】輸電線路；機(jī)械化施工；施工設(shè)備；工程效率

引言

輸電線路通常要穿越地形復(fù)雜的地區(qū)，施工過(guò)程不僅耗時(shí)長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且施工質(zhì)量也不能保證。這對(duì)工程進(jìn)度和費(fèi)用控制都是不小的挑戰(zhàn)。為應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題，在輸電線路建設(shè)中，機(jī)械化施工技術(shù)逐漸成為一種關(guān)鍵手段，通過(guò)廣泛使用機(jī)械設(shè)備，在保證工程質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性的同時(shí)，大幅度提高施工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。特別是在高難度、高強(qiáng)度的施工環(huán)節(jié)中，機(jī)械化施工技術(shù)可以有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)和氣候條件，減少人為因素造成的誤差，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)及施工成本，推動(dòng)施工技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。

一、輸電線路建設(shè)中的機(jī)械化施工技術(shù)現(xiàn)狀

（一）機(jī)械化施工設(shè)備的應(yīng)用與原理

輸電線路施工主要由基礎(chǔ)、組塔、架線三大工序組成。機(jī)械設(shè)備包括挖掘機(jī)、旋挖鉆機(jī)、起重機(jī)和張力機(jī)等，這些設(shè)備的使用能夠有效降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工的精確度和效率。旋挖鉆機(jī)高效的鉆孔能力確保工作人員能在復(fù)雜地質(zhì)條件下精準(zhǔn)施工，有效縮短工期[1]；起重機(jī)能夠?qū)⒅匦弯摻Y(jié)構(gòu)快速、安全地吊裝到位，避免了人工吊裝的安全隱患；張力機(jī)和牽引機(jī)的應(yīng)用確保了導(dǎo)線的張力控制，使得架線過(guò)程更加精確穩(wěn)定，避免導(dǎo)線松弛或斷裂問(wèn)題的發(fā)生。

機(jī)械化施工設(shè)備的原理依賴于機(jī)械動(dòng)力學(xué)和自動(dòng)控制理論。在導(dǎo)線架設(shè)過(guò)程中，張力機(jī)通過(guò)精密的控制系統(tǒng)保持導(dǎo)線的恒定張力，以確保導(dǎo)線在復(fù)雜地形條件下不會(huì)因張力波動(dòng)而受損。這一過(guò)程可以通過(guò)以下公式表示：

T為導(dǎo)線張力，T0為初始張力，Δm為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的質(zhì)量差異，g為重力加速度，h為地形高度差，l為導(dǎo)線的懸掛長(zhǎng)度。張力機(jī)如圖1所示。

（二）機(jī)械化施工技術(shù)的改進(jìn)與發(fā)展

以前的建筑設(shè)備往往功能單一，建設(shè)效率低下，難以應(yīng)對(duì)多樣化建設(shè)需求。現(xiàn)在的機(jī)械化建設(shè)裝備正在朝著多功能、智能化的方向發(fā)展，在部分輸電線路建設(shè)中應(yīng)用了具有自主導(dǎo)航、自動(dòng)避障功能的無(wú)人駕駛設(shè)備[2]。這樣的設(shè)備可以根據(jù)設(shè)定的施工路徑自動(dòng)調(diào)整作業(yè)參數(shù)，通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)和傳感器對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高作業(yè)精度和安全性。更高效的協(xié)同作業(yè)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的信息互聯(lián)互通，通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)共享，起重機(jī)和張力機(jī)可以對(duì)各自的運(yùn)行時(shí)間和節(jié)奏進(jìn)行優(yōu)化，從而避免工期延誤或因設(shè)備間配合不當(dāng)而造成的資源浪費(fèi)。

施工裝備的模塊化設(shè)計(jì)和功能集成，使機(jī)械化施工工藝的適應(yīng)性、高效性得到進(jìn)一步提升。模塊化的設(shè)計(jì)使設(shè)備能夠快速地調(diào)整，或根據(jù)施工需要進(jìn)行更換，從而使設(shè)備的利用率得到提高。在高山丘陵地帶，由于地形條件所限，傳統(tǒng)的施工設(shè)備往往難以展開(kāi)作業(yè)。為解決這一難題，工程師們根據(jù)地形實(shí)際情況，研制出了可拆卸、輕巧、能組裝成適宜施工工具的設(shè)備模塊，以克服地形限制條件進(jìn)行施工。

二、機(jī)械化施工對(duì)工程效率的影響

（一）機(jī)械化施工加速工程進(jìn)度

2019年竣工的滇西北至廣東±800 kV特高壓直流輸電線路項(xiàng)目，全程采用機(jī)械化施工設(shè)備，有效保證了工程進(jìn)度。該工程穿越包括山地、河谷等地區(qū)在內(nèi)的復(fù)雜地形，全長(zhǎng)近1500公里。如果在這種環(huán)境下采用傳統(tǒng)的人工施工方式，效率極低。實(shí)踐中，各施工環(huán)節(jié)采用機(jī)械化施工，使工期明顯縮短。特別是在地形復(fù)雜、施工難度大的環(huán)境下，機(jī)械化裝備的應(yīng)用大大縮短了工程工期。滇西北至廣東輸電線路工程原預(yù)計(jì)工期205天，由于采用了機(jī)械化施工工藝，實(shí)際工期縮短至140天，總工期減少31.7%。具體數(shù)據(jù)如表1所示：

（二）機(jī)械化施工對(duì)施工成本的控制

在錦屏至蘇南（以下簡(jiǎn)稱“錦蘇”）±800 kV特高壓直流輸電工程中，機(jī)械化設(shè)備的應(yīng)用使得人工成本和材料損耗得到了顯著控制。錦蘇特高壓工程全長(zhǎng)2059公里，涉及大量塔架安裝和導(dǎo)線架設(shè)工作。在塔架安裝階段，傳統(tǒng)施工方式下需要約30名工人參與，人工費(fèi)用每人每天為300元，整個(gè)塔架安裝階段的人工成本為900萬(wàn)元。然而，工程使用起重機(jī)進(jìn)行機(jī)械化吊裝后，只需8名技術(shù)操作人員即可完成，人工成本降至240萬(wàn)元，減少了約73%的人工費(fèi)用。

在材料損耗方面，機(jī)械化施工通過(guò)精確控制施工參數(shù)，減少了施工過(guò)程中的浪費(fèi)。張力機(jī)和牽引機(jī)在導(dǎo)線架設(shè)中的應(yīng)用，避免了導(dǎo)線張力不均造成的材料損耗。在錦蘇工程的導(dǎo)線架設(shè)過(guò)程中，機(jī)械化施工使得導(dǎo)線損耗率從傳統(tǒng)施工方式下的3%下降至1.5%，節(jié)省了約300萬(wàn)元的材料成本。錦蘇±800 kV特高壓直流輸電工程中人工施工與機(jī)械化施工的成本對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示：

通過(guò)減少人力成本，減少物料損耗，機(jī)械化施工節(jié)約成本顯著。機(jī)械設(shè)備租賃費(fèi)用雖有所提高（由50萬(wàn)元提高到300萬(wàn)元），但總體工程造價(jià)仍下降36.4%，這主要是因?yàn)闄C(jī)械化設(shè)備的高效運(yùn)作和精確控制功降低了人工成本。機(jī)械化施工技術(shù)也使工程管理費(fèi)用和資金使用費(fèi)用間接降低[3]。在錦蘇特高壓項(xiàng)目中，工期縮短了30%左右，相應(yīng)地降低了項(xiàng)目的管理成本和資金使用成本，使整體經(jīng)濟(jì)效益得到進(jìn)一步的提高。

三、提高工程效率的優(yōu)化措施

（一）機(jī)械化施工技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新

提升裝備功能集成度，提高裝備適應(yīng)不同環(huán)境能力，引入更多自動(dòng)化、智能化技術(shù)，是機(jī)械化施工技術(shù)優(yōu)化的核心。滇西北至廣東±800 kV特高壓直流輸電線路項(xiàng)目，通過(guò)功能模組化設(shè)計(jì)，應(yīng)用智能化控制系統(tǒng)，使機(jī)械化施工設(shè)備施工效率明顯提高。

模塊化的機(jī)械裝備設(shè)計(jì)，讓相同的裝備能夠按照特定的施工要求迅速配置。傳統(tǒng)的旋挖式鉆機(jī)，在山區(qū)基礎(chǔ)鉆孔施工中，面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，效率是有限的。工程采用可更換鉆頭模塊旋挖式鉆機(jī)，對(duì)不同類型鉆頭根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行快速切換，使鉆孔速度提高，設(shè)備磨損程度降低[4]。這一優(yōu)化措施使地基鉆孔從平均每小時(shí)8米提高到10米，效率提高了約25%。

在設(shè)備智能化方面，張力機(jī)和牽引機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)引入衛(wèi)星定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，能提升導(dǎo)線架設(shè)過(guò)程的精度與安全性。以錦蘇±800 kV特高壓直流輸電工程為例，導(dǎo)線架設(shè)過(guò)程中引入智能張力控制系統(tǒng)，將導(dǎo)線張力的誤差范圍控制在0.1%，相比傳統(tǒng)人工控制，誤差減少了90%。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的操作狀態(tài)和導(dǎo)線張力，操作人員能夠及時(shí)調(diào)整參數(shù)，避免了導(dǎo)線張力波動(dòng)過(guò)大，減少了導(dǎo)線損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高了架設(shè)效率。滇西北至廣東和錦蘇項(xiàng)目中機(jī)械化設(shè)備優(yōu)化后的效率提升情況如表3所示：

（二）施工人員技能與管理的提升

在技能提升方面，項(xiàng)目部應(yīng)定期為技術(shù)操作人員開(kāi)展專項(xiàng)培訓(xùn)，內(nèi)容涵蓋機(jī)械設(shè)備的操作規(guī)范、故障排除、設(shè)備維護(hù)等。在滇西北項(xiàng)目中，所有張力機(jī)操作人員在設(shè)備投入使用前都接受了為期一個(gè)月的專門(mén)培訓(xùn)，培訓(xùn)內(nèi)容不僅包括設(shè)備的基本操作，還涵蓋了智能化控制系統(tǒng)的使用及應(yīng)急故障處理方法。操作人員的技術(shù)水平顯著提升，設(shè)備操作失誤率從培訓(xùn)前的3%下降至0.5%，導(dǎo)線損耗率也進(jìn)一步降低了1%。

通過(guò)信息化管理平臺(tái)的引入，錦蘇工程建設(shè)單位在建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化管理。該平臺(tái)可對(duì)施工進(jìn)度、設(shè)備狀態(tài)、人員安排等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，工期安排、資源分配等可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由項(xiàng)目管理人員自行調(diào)節(jié)。在塔架安裝過(guò)程中，為避免因設(shè)備故障造成工期延誤，管理平臺(tái)針對(duì)吊車的使用頻率、設(shè)備檢修需求等，提前安排了設(shè)備檢修。錦蘇項(xiàng)目通過(guò)信息化管理，設(shè)備停機(jī)減少約20%，總體工期縮短至5天。人員培訓(xùn)與管理優(yōu)化效果對(duì)比如表4所示：

結(jié)語(yǔ)

全面推進(jìn)輸變電工程機(jī)械化施工，是踐行新發(fā)展理念、落實(shí)高質(zhì)量發(fā)展要求的具體行動(dòng)，是推動(dòng)電網(wǎng)建造方式升級(jí)、實(shí)現(xiàn)更高更優(yōu)質(zhì)量效率目標(biāo)的關(guān)鍵舉措，是夯基固本、提質(zhì)增效，有效應(yīng)對(duì)大規(guī)模建設(shè)任務(wù)的現(xiàn)實(shí)需要。

機(jī)械化施工設(shè)備通過(guò)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，減少了施工時(shí)間、人員依賴、材料損耗，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，助力工程安全、優(yōu)質(zhì)、高效建設(shè)。機(jī)械化施工設(shè)備的應(yīng)用使工程進(jìn)度和施工效率明顯提高，創(chuàng)新功能優(yōu)化和智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了機(jī)械裝備的施工精度和安全性。與此同時(shí)，施工人員技能提升對(duì)整體工程效率與管理優(yōu)化的作用同樣顯著，有效減少操作失誤率和設(shè)備停機(jī)時(shí)間有效減少?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)械化施工技術(shù)與管理創(chuàng)新相結(jié)合，能顯著提高輸電線路建設(shè)效率，降低造價(jià)，保證工程質(zhì)量。